BG113145A - Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum - Google Patents

Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum Download PDF

Info

Publication number
BG113145A
BG113145A BG113145A BG11314520A BG113145A BG 113145 A BG113145 A BG 113145A BG 113145 A BG113145 A BG 113145A BG 11314520 A BG11314520 A BG 11314520A BG 113145 A BG113145 A BG 113145A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
spectral
microprocessor
cmos sensor
interface
connector
Prior art date
Application number
BG113145A
Other languages
Bulgarian (bg)
Inventor
Ивайло Стоянов
Митков Стоянов Ивайло
Георги СТАНЧЕВ
Христов Станчев Георги
Original Assignee
"Ерглон" Еоод
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "Ерглон" Еоод filed Critical "Ерглон" Еоод
Priority to BG113145A priority Critical patent/BG113145A/en
Priority to PCT/BG2020/000022 priority patent/WO2021237311A1/en
Publication of BG113145A publication Critical patent/BG113145A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0264Electrical interface; User interface
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/10Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2823Imaging spectrometer
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/42Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2823Imaging spectrometer
    • G01J2003/2826Multispectral imaging, e.g. filter imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/178Methods for obtaining spatial resolution of the property being measured
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/1793Remote sensing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method and device for processing and interpreting images in the electromagnetic spectrum, which will find application in the field of broad spectrum thermography for spectral image analysis for remote recognition of objects. The created device comprises a CMOS sensor (1) connected to a graphics processing unit (3) and a thermal head (2) connected to an interface converter (4). The graphics processing unit (3) and the interface converter (4) are connected to a microprocessor (5), which in turn is connected to a second interface converter (6) connected to the video display (7). The microprocessor (5) is also connected to a peripheral microprocessor (10), which is connected to a compass (8), an accelerometer (9), a remote control module (11), a control unit (12) and an interface connection connector for connection with external devices (13). The microprocessor (5) on the other hand is also connected to a USB connector (14), an SD card connector (15), a WiFi module (16), a Bluetooth module (17) and a GPS module (18).

Description

Метод и устройство за обработка и интерпретация на изображения в електромагнитния спектърMethod and device for processing and interpreting images in the electromagnetic spectrum

Област на техникатаField of technique

Настоящото изобретение се отнася до метод и устройство за обработка и интерпретация на изображения в широкия електромагнитен спектър, в областта на ултра виолетовия, светлинния и инфрачервения диапазон, и ще намери приложение за идентификация на химично съдържание на веществата и по-специално за обследване на сгради, за предотвратяване на пожари, за производствен и качествен контрол и други. Това изобретение се отнася и до използване на спектрален образен анализ на излъчени и приети светлинни спектри за неинвазивно и дистанционно откриване на присъствието, местоположението и/или количеството на избрано целево вещество чрез спектрален образен анализ.The present invention relates to a method and device for processing and interpreting images in the wide electromagnetic spectrum, in the ultraviolet, light and infrared ranges, and will find application for the identification of chemical content of substances and in particular for the survey of buildings, for fire prevention, production and quality control and others. This invention also relates to the use of spectral imaging analysis of emitted and received light spectra for non-invasive and remote detection of the presence, location and/or amount of a selected target substance by spectral imaging analysis.

Предшестващо състояние на техникатаPrior art

Спектралният анализ е клон на спектроскопията и фотографията, в който поне една спектрална информация се събира от равнина на изображението (например, двуизмерно изображение) за обекта намиращ се на определена сцена. Устройството за заснемане на изображение може да е насочено към сцена, за да заснеме информация за изображението за тази сцена. Известни са различни методи за спектрално изобразяване. Примерите включват хиперспектрално изображение, мултиспектрално изображение, пълно спектрално изображение, спектроскопия за изображения, химическо изображение и други подобни. В исторически план хиперспектралните изображения и мултиспектралния анализ на изображения са били свързани със спътникови, въздушни или мащабни операции, като се използват големи, скъпи камерни системи, които не са подходящи за ръчна работа или ежедневен бизнес както и за потребителски приложения.Spectral analysis is a branch of spectroscopy and photography in which at least one spectral information is collected from an image plane (eg, a two-dimensional image) about an object in a certain scene. The image capture device may be aimed at a scene to capture image information for that scene. Various spectral imaging methods are known. Examples include hyperspectral imaging, multispectral imaging, full spectral imaging, imaging spectroscopy, chemical imaging, and the like. Historically, hyperspectral imaging and multispectral image analysis have been associated with satellite, airborne, or large-scale operations using large, expensive camera systems that are not suitable for handheld or everyday business as well as consumer applications.

Спектралният анализ обикновено включва улавяне на спектрална информация от една или повече части от електромагнитния спектър. Въпреки, че може да се използва спектрална информация за всяка дължина на вълната в електромагнитния спектър, често спектроскопията използва спектрална информация за дължини на вълните в диапазона от около 100 nm до около 14 000 nm. Обхватът на електромагнитния спектър се разделя в следните диапазони: ултравиолетова лента (UV) от 100 до 400 nm; видима лента (VIS) от 400 до 700 nm; близък инфрачервен диапазон (NIR) от 700 до 1500 nm; късовълнов инфрачервен диапазон (SWIR) от 1500 до 3000 nm; средно вълнов инфрачервен диапазон (MWIR) от 3000 до 5000 nm; и дълговълнов инфрачервен диапазон (LWIR) от 5000 до 14000 nm.Spectral analysis generally involves capturing spectral information from one or more parts of the electromagnetic spectrum. Although spectral information can be used for any wavelength in the electromagnetic spectrum, spectroscopy often uses spectral information for wavelengths in the range of about 100 nm to about 14,000 nm. The range of the electromagnetic spectrum is divided into the following ranges: ultraviolet band (UV) from 100 to 400 nm; visible band (VIS) from 400 to 700 nm; near infrared range (NIR) from 700 to 1500 nm; shortwave infrared range (SWIR) from 1500 to 3000 nm; mid-wave infrared (MWIR) from 3000 to 5000 nm; and longwave infrared (LWIR) from 5000 to 14000 nm.

Ултравиолетовата лента включва следните поддиапазони: далечна ултравиолетова лента (FUV) от 122 до 200 nm; средна ултравиолетова лента (MUV) от 200 до 300 nm; и близка ултравиолетовата лента (NUV) от 300 до 400 nm. Ултравиолетовата лента също е разделена на следните поддиапазони: ултравиолетова С лента (UVC) от 100 до 280 nm; ултравиолетова В лента (UVB) от 280 до 315 nm; и ултравиолетова А лента (UVA) от 315 до 400 nm.The ultraviolet band includes the following subbands: far ultraviolet band (FUV) from 122 to 200 nm; middle ultraviolet band (MUV) from 200 to 300 nm; and the near ultraviolet (NUV) band from 300 to 400 nm. The ultraviolet band is also divided into the following sub-bands: ultraviolet C band (UVC) from 100 to 280 nm; ultraviolet B band (UVB) from 280 to 315 nm; and the ultraviolet A band (UVA) from 315 to 400 nm.

Инфрачервената термография е метод за визуализация на даден обект чрез интерпретиране на инфрачервените лъчи, които той излъчва в сравнение с абсолютно черно тяло. Колкото по-висока е температурата на обекта, толкова по-голямо е излъчването от него. Необходимостта да виждаме в пълна тъмнина или при намалена видимост - дим или мъгла, провокира разработването и внедряването на технологии с възможности за интерпретиране на лъчи от широкия електромагнитен спектър в множество индустрии. Термалното изображение представлява преобразуване на топлинния подпис на наблюдаван обект, т.е. неговата инфрачервена енергия, произведена от сцена в честотната лента 8 pm до 14 pm, в цифрови данни. Тези данни могат да се използват за създаване на видимо изображение или за въвеждане в компютър за интерпретация или последваща обработка. Чрез преобразуване на топлинното излъчване в електрически сигнал, инфрачервените камери създават изображение, което е видимо за човешкото око. Тъй като топлинната енергия на дадена сцена е независима от отразената светлина и поради това, че тя може да се движи през обекти с малки размери на частиците, термалната обработка е технология, която е подходяща за приемане на изображения във всякакви условия, при които светлината е ограничена или липсва.Infrared thermography is a method of visualizing an object by interpreting the infrared rays it emits compared to a black body. The higher the temperature of the object, the greater the radiation from it. The need to see in complete darkness or in reduced visibility - smoke or fog - provoked the development and implementation of technologies with the ability to interpret rays from the broad electromagnetic spectrum in many industries. A thermal image is a conversion of the thermal signature of an observed object, i.e. its infrared energy produced by a scene in the frequency band 8 pm to 14 pm, in digital data. This data can be used to create a visible image or input into a computer for interpretation or post-processing. By converting heat radiation into an electrical signal, infrared cameras create an image that is visible to the human eye. Because the thermal energy of a scene is independent of reflected light, and because it can travel through objects with small particle sizes, thermal processing is a technology that is suitable for receiving images in any condition where light is limited or absent.

Спектралната информация, заснета за дадена сцена, може да бъде представена като насложени изображения, които образуват триизмерен масив. В спектроскопията един масив от данни се получава, когато спектрално разрешеното изображение е представено в триизмерен обем, в който заснетото изображение е представено от множество двуизмерни изображения, докато спектралната информация, свързана с отделни пиксели или групи пиксели, е изобразена като трета координата в масива на данните.The spectral information captured for a given scene can be represented as superimposed images that form a three-dimensional array. In spectroscopy, a data array is obtained when the spectrally resolved image is represented in a three-dimensional volume, in which the captured image is represented by multiple two-dimensional images, while the spectral information associated with individual pixels or groups of pixels is represented as a third coordinate in the array of the data.

Конвенционалните широкоспектърни изображения са мощна, но скъпа технология за анализ за дистанционно определяне на химичния състав на повърхността. Например, широкоспектърното спектрално изображение обикновено генерира масива на данни с две пространствени измерения и едно спектрално измерение, за което двумерните изображения за заснети със скорост от 100 до 400 кадъра за секунда и 3-тата дименсия разполага с около 256 кадъра за спектрален анализ, обикновено формирани от една камера през много филтри. Тези кадри трябва да се обработят в реално време, което изисква изключително бърза и скъпа електроника.Conventional broadband imaging is a powerful but expensive analysis technology for remote sensing of surface chemistry. For example, wide-spectral spectral imaging usually generates the dataset with two spatial dimensions and one spectral dimension, for which 2D images for captured at a speed of 100 to 400 frames per second and the 3rd dimension have about 256 frames for spectral analysis, usually formed from one camera through many filters. These frames must be processed in real time, which requires extremely fast and expensive electronics.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задача на изобретението е да се създадат метод и устройство за обработка и интерпретация на изображения в широкия електромагнитен спектър, които да осигуряват спектрален образен анализ за неинвазивно и дистанционно разпознаване на обекти, независимо от обкръжаващата среда и интензитет на светлината, както и да извършват идентификация на химично съдържание на веществата и проверка за наличие на органична материя.The task of the invention is to create a method and a device for processing and interpreting images in the wide electromagnetic spectrum, which provide spectral image analysis for non-invasive and remote recognition of objects, regardless of the surrounding environment and light intensity, as well as perform identification of chemical content of the substances and checking for the presence of organic matter.

Задачата е решена като е създадено устройство за обработка и интерпретиране на изображения в широкия електромагнитния спектър, което включва първи CMOS сензор, свързан с графичен процесор, и термална глава с втори CMOS сензор в термалния диапазон, свързан с интерфейсен преобразувател. Графичният процесор и интерфейсният преобразувател са свързани с микропроцесор, който от своя страна е свързан с втори интерфейсен преобразувател, свързан с видеодисплей. Микропроцесорът е свързан и с периферен микропроцесор, който от своя страна е свързан с компас, с акселерометър, с модул за дистанционно управление, с управляващ блок и с интерфейсен конектор за връзка с външни устройства. Микропроцесорът от друга страна е свързан и с USB конектор, с конектор за SD карта, с WiFi модул, с Bluetooth модул и с GPS модул.The task was solved by creating a device for processing and interpreting images in the wide electromagnetic spectrum, which includes a first CMOS sensor connected to a graphics processor and a thermal head with a second CMOS sensor in the thermal range connected to an interface converter. The graphics processor and interface converter are connected to a microprocessor, which in turn is connected to a second interface converter connected to a video display. The microprocessor is also connected to a peripheral microprocessor, which in turn is connected to a compass, to an accelerometer, to a remote control module, to a control unit and to an interface connector for connection to external devices. The microprocessor on the other hand is also connected to a USB connector, an SD card connector, a WiFi module, a Bluetooth module and a GPS module.

Чрез интерфейсния конектор за връзка с външни устройства към микропроцесора е свързан трети CMOS сензор в спектралния диапазон на късия и среден инфраред SWIR.A third CMOS sensor in the short and mid-infrared SWIR spectral range is connected to the microprocessor via the interface connector for connection to external devices.

Към интерфейсния конектор за връзка е външни устройства е свързан външен осветител за калибриране на CMOS сензора, според заснеманата сцена.An external illuminator is connected to the interface connector for connecting external devices to calibrate the CMOS sensor according to the captured scene.

Външният осветител е с променящ се спектрален диапазон в граници от 0.2 nm до 12 nm, по време на запис на спектралните картини.The external illuminator has a changing spectral range in the range of 0.2 nm to 12 nm, during the recording of the spectral pictures.

Задачата е решена като е създаден и метод за обработка и интерпретация на изображения в електромагнитния спектър, за приложение на създаденото устройство, като методът включва следните операции:The task was solved by creating a method for processing and interpreting images in the electromagnetic spectrum, for application to the created device, and the method includes the following operations:

калибриране на CMOS сензора и втория CMOS сензор в термалната глава за всеки спектрален диапазон;calibrating the CMOS sensor and the second CMOS sensor in the thermal head for each spectral range;

сканиране на пълния спектър на всички сензори и запис на всички спектрални картини;scanning the full spectrum of all sensors and recording all spectral pictures;

анализиране на спектралните характеристики и нормирането им за всеки пиксел или зона;analyzing the spectral characteristics and their normalization for each pixel or zone;

съставяне на комплексна спектрална картина за всяка сцена.compiling a complex spectral picture for each scene.

Допълнително методът включва и операциите:In addition, the method also includes the operations:

създаване на референтна картина на сцена за всеки излъчвател;creating a scene reference picture for each broadcaster;

анализиране на референтната картина;analyzing the reference picture;

разпознаване на целевия елемент от референтната картина.recognition of the target element from the reference picture.

Създаденото устройство визуализира комплексна картина, базирана на корелация между спектралните картини от всички диапазони; изчислява корелацията между зоните в спектралните изображения за да получи цифрово спектралната картина при съответната дължина на вълната; записва спектралните изображения като използва честотните характеристики на пиксела или зоните на самия CMOS сензор; изчислява и визуализира комплексните числа за всяка зона или пиксел; и използва нормирани оптики за да осигури еднакво ъглово разпознаване за всеки пиксел или зона.The created device visualizes a complex picture based on correlation between spectral pictures of all ranges; calculates the correlation between areas in the spectral images to digitally obtain the spectral picture at the corresponding wavelength; records the spectral images using the pixel frequency characteristics or areas of the CMOS sensor itself; calculates and visualizes the complex numbers for each zone or pixel; and uses normalized optics to provide uniform angular detection for each pixel or area.

Предимство на създаденото устройство е, че осигурява високо качество на картината и детайлност на изображението при разпознаването на неподвижни или движещи се обекти, независимо от обкръжаващата среда, от интензивна светлина до пълна тъмнина. Освен това, чрез използване на широкоспектърна хроматография се осъществява и разпознаване на химичното съдържание на веществата. Предимство е и възможността за свързване на създаденото устройство с портативно метеорологично устройство, което осигурява информация за скорост на вятъра, влажност, надморска височина, температура и други, в резултат на което може да се коригира местоположението на наблюдавания обект.An advantage of the created device is that it provides high picture quality and image detail when recognizing stationary or moving objects, regardless of the environment, from intense light to complete darkness. In addition, by using broad-spectrum chromatography, recognition of the chemical content of substances is carried out. An advantage is also the ability to connect the created device with a portable meteorological device that provides information on wind speed, humidity, altitude, temperature and others, as a result of which the location of the observed object can be corrected.

Описание на приложените фигуриDescription of attached figures

Настоящото изобретението е илюстрирано на приложените фигури, къдетоThe present invention is illustrated in the accompanying figures, where

Фиг. 1 представлява принципна схема на устройството за обработка и интерпретиране на изображения в електромагнитния спектър, съгласно изобретението;Fig. 1 is a schematic diagram of the device for processing and interpreting images in the electromagnetic spectrum, according to the invention;

Фиг. 2 показва двуизмерна матрица на спектрално изображение с нанесени зони на разпознаване;Fig. 2 shows a two-dimensional spectral image matrix with recognition zones plotted;

Фиг. 3 показва наслоена триизмерна матрица на същото изображение с наслоени зони от всички спектрални диапазони;Fig. 3 shows a superimposed three-dimensional matrix of the same image with superimposed areas of all spectral ranges;

Фиг. 4 показва сцена облъчена с различни дължини на вълната и заснета с термална камера;Fig. 4 shows a scene irradiated with different wavelengths and captured by a thermal camera;

Фиг. 5 показва примерно разпознаване на материали като се използва разликова и условна корелация между две изображения;Fig. 5 shows exemplary material recognition using differential and conditional correlation between two images;

Фиг. 6 показва диаграма на CMOS сензор за дневно и нощно виждане където сканирането се извършва на основата на честотна корелация;Fig. 6 shows a diagram of a day and night vision CMOS sensor where scanning is performed on the basis of frequency correlation;

Фиг. 7 показва разпознаване на материали на ниво пиксел или зона чрез широкоспектърна спектрография и заснемане на 22 кадъра с различна дължина на вълната; иFig. 7 shows pixel-level or zone-level material recognition by broad-spectrum spectrography and capturing 22 frames at different wavelengths; and

Фиг. 8 показва диаграма на метода на детекция.Fig. 8 shows a diagram of the detection method.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of implementation of the invention

Създаденото устройство за обработка и интерпретиране на изображения в електромагнитния спектър, показано на фигура 1, включва CMOS сензор 1, свързан с графичен процесор 3, и термална глава 2 с втори CMOS сензор в термалния диапазон, свързана с интерфейсен преобразувател 4. Графичният процесор 3 и интерфейсният преобразувател 4 са свързани с микропроцесор 5, който от своя страна е свързан с втори интерфейсен преобразувател 6, свързан с видеодисплей 7. Микропроцесорът 5 е свързан и с периферен микропроцесор 10, който от своя страна е свързан с компас 8, с акселерометър 9, с модул за дистанционно управление 11, с управляващ блок 12 и с интерфейсен конектор за връзка с външни устройства 13. Микропроцесорът 5 от друга страна е свързан и с USB конектор 14, с конектор за SD карта 15, с WiFi модул 16, с Bluetooth модул 17 и с GPS модул 18.The created device for processing and interpreting images in the electromagnetic spectrum, shown in figure 1, includes a CMOS sensor 1 connected to a graphics processor 3 and a thermal head 2 with a second CMOS sensor in the thermal range connected to an interface converter 4. The graphics processor 3 and the interface converter 4 are connected to a microprocessor 5, which in turn is connected to a second interface converter 6, connected to a video display 7. The microprocessor 5 is also connected to a peripheral microprocessor 10, which in turn is connected to a compass 8, to an accelerometer 9, with a remote control module 11, with a control unit 12 and with an interface connector for connection to external devices 13. The microprocessor 5 on the other hand is also connected with a USB connector 14, with an SD card connector 15, with a WiFi module 16, with a Bluetooth module 17 and with GPS module 18.

Чрез интерфейсния конектор за връзка с външни устройства 13 към микропроцесора 5 е свързан трети CMOS сензор в спектралния диапазон на късия и среден инфраред SWIR.A third CMOS sensor in the short and mid-infrared SWIR spectral range is connected to the microprocessor 5 through the interface connector for connection with external devices 13.

Към интерфейсния конектор за връзка с външни устройства 13 е свързан външен осветител за калибриране на CMOS сензора 1, според заснеманата сцена.An external illuminator is connected to the external device connection interface connector 13 for calibrating the CMOS sensor 1 according to the captured scene.

Външният осветител е с променящ се спектрален диапазон в граници от 0.2 nm до 12 nm, по време на запис на спектралните картини.The external illuminator has a changing spectral range in the range of 0.2 nm to 12 nm, during the recording of the spectral pictures.

CMOS сензорът 1 е тип полупроводников сензор за изображения, представляващ 13 мегапикселова матрица, която преобразува сноповете фотони, попадащи върху нейната повърхност в електрически сигнал в цифров вид. Този цифров сигнал, посредством MIPI интерфейс (Mobile Industry Processor Interface) се предава на графичния процесор 3 за обработка и промяна на параметрите му с цел извличане на качествено изображение. В графичния процесор 3 се определят резолюцията на изображението, честотата на предаване на данните, както и контраст, яркост, гама корекции, наситеност, рязкост и други параметри на картината. След извършване на необходимите обработки цифровите данни се подават на микропроцесора 5, специализиран в обработката на цифрови видео сигнали.The CMOS sensor 1 is a type of semiconductor image sensor, representing a 13 megapixel matrix, which converts the beams of photons falling on its surface into an electrical signal in digital form. This digital signal, by means of a MIPI interface (Mobile Industry Processor Interface), is transmitted to the graphic processor 3 for processing and changing its parameters in order to extract a quality image. In the graphics processor 3, the resolution of the image, the frequency of data transmission, as well as contrast, brightness, gamma corrections, saturation, sharpness and other parameters of the picture are determined. After performing the necessary processing, the digital data is fed to the microprocessor 5, specialized in the processing of digital video signals.

Едновременно с това термалната глава 2 измерва мощността на електромагнитно лъчение на същата тази сцена, наблюдавана от CMOS сензора 1, като отчита загряването на материалите с известно променливо електрическо съпротивление, зависещо от температурата. Чрез специализиран процесор и втори CMOS термален сензор, вградени в термалната глава 2, измерената мощност на електромагнитно лъчение се визуализира. Както всяко цифрово изображение, термалните изображения са съставени от пиксели, всеки един от които репрезентира специфична температурна стойност. Изображенията обикновено се интерпретират в сивата скала, където тъмните зони показват по-ниски температури, а светлите зони по-топли. Всяка точка от уловения температурен диапазон може да се интерпретира с уникален цвят или нюанс, въз основа на стойността на температурата му.At the same time, the thermal head 2 measures the electromagnetic radiation power of this same scene observed by the CMOS sensor 1, taking into account the heating of the materials with known variable electrical resistance depending on the temperature. By means of a specialized processor and a second CMOS thermal sensor built into the thermal head 2, the measured power of electromagnetic radiation is visualized. Like any digital image, thermal images are made up of pixels, each of which represents a specific temperature value. Images are usually interpreted in grayscale, where dark areas indicate cooler temperatures and light areas warmer. Each point in the captured temperature range can be interpreted with a unique color or shade, based on its temperature value.

Преди да се стигне до извличане на изображение обаче, е необходимо да се направи корекция на нееднородните данни получени от различните пиксели. Това калибриране се реализира както в производствени условия с референция към еталонно тяло, така и в последствие в реално време, съпътстващо работата на устройството. След извършване на калибрирането, някои от пикселите не се държат според очакванията и генерират аномални стойности. Чрез би линейна интерполация, реализирана в специализирания процесор на термалната глава 2, се постига висока резолюция на сигнала, без загуба на данни.Before proceeding to image extraction, however, it is necessary to correct the non-uniform data obtained from the different pixels. This calibration is realized both in production conditions with reference to a reference body, and subsequently in real time accompanying the operation of the device. After performing the calibration, some of the pixels do not behave as expected and generate anomalous values. Through bi-linear interpolation implemented in the specialized processor of the thermal head 2, a high resolution of the signal is achieved, without data loss.

След обработване на данните от термалната глава 2, готовото изображение се подава за преобразуване на интерфейсния преобразувател 4. Интерфейсният преобразувател 4 служи за преобразуване на сигнала от RGB (Red Green Blue) към MIPI формат, подходящ за дигиталния видео вход на микропроцесора 5. Посредством подходящо смесване на пикселно ниво данните от CMOS сензора 1 и сензора в термалната глава 2 се наслагват едни върху други, като по този начин се постига изображение, съдържащо в себе си детайлността на данните за наблюдавания обект както във видимия спектър, така и неговите температурни характеристики и изменения.After processing the data from the thermal head 2, the finished image is fed for conversion to the interface converter 4. The interface converter 4 serves to convert the signal from RGB (Red Green Blue) to a MIPI format suitable for the digital video input of the microprocessor 5. By means of a suitable pixel-level blending the data from the CMOS sensor 1 and the sensor in the thermal head 2 are superimposed on each other, thus achieving an image containing the detail of the observed object data in both the visible spectrum and its temperature characteristics and changes.

Интегрираният овърлей (комбиниране на различни слоеве от данни) в изходното изображение на микропроцесора 5, позволява визуализация на текст и графика върху получената от термалната глава 2 и CMOS сензора 1 картина. Вторият интерфейсен преобразувател 6 преобразува M1PI формата на изходното изображение на микропроцесора 5 към LVDS формат (Low-voltage differential signaling), подходящ за визуализиране на дисплея 7.The integrated overlay (combination of different layers of data) in the output image of the microprocessor 5, allows visualization of text and graphics on the image received by the thermal head 2 and the CMOS sensor 1. The second interface converter 6 converts the M1PI format of the output image of the microprocessor 5 to the LVDS format (Low-voltage differential signaling) suitable for visualization on the display 7.

Компасът 8 и акселерометърът 9 предоставят информация за географските координати, позицията, в която е насочено устройството, ориентацията му, ъгъла, под който е насочен и изменения в ускорението, ако е приложено такова.The compass 8 and accelerometer 9 provide information about geographic coordinates, the position the device is pointed at, its orientation, the angle at which it is pointed and changes in acceleration, if applied.

Интерфейсният конектор за връзка с външни устройства 13 е UART конектор (Universal asynchronous receiver-transmitter), който дава възможност за ъпдейт на софтуера на устройството, както и за добавяне на външни модули като далекомер, външно захранване и други.The interface connector for connection with external devices 13 is a UART connector (Universal asynchronous receiver-transmitter), which enables updating the software of the device, as well as adding external modules such as a rangefinder, external power supply and others.

Създаденото устройство за обработка и интерпретиране на изображения в електромагнитния спектър обединява данните и от компаса 8, акселерометъра 9 и други външни устройства, свързани чрез интерфейсният конектор за връзка с външни устройства 13, като тези данни те се събират и обработват от периферния микропроцесор 10. След като се обработят посредством сериен протокол данните се изпращат към микропроцесора 5, където се наслагват под формата на текст и графики върху вече миксираните термално и видими изображения.The created device for processing and interpreting images in the electromagnetic spectrum combines the data from the compass 8, the accelerometer 9 and other external devices connected through the interface connector for connection with external devices 13, and these data are collected and processed by the peripheral microprocessor 10. After being processed by means of a serial protocol, the data is sent to the microprocessor 5, where it is superimposed in the form of text and graphics on the already mixed thermal and visible images.

Потребителският интерфейс реализиран в графичния слой на микропроцесора 5 дава достъп до настройки на видео обработващите модули на CMOS сензора 1, на графичния процесор 3, на сензора от термалната глава 2 и дисплея 7, както и на компаса 8, акселерометъра 9 и модула за дистанционно управление 11. Чрез потребителския интерфейс на микропроцесора 5 се извършват настройки и на USB конектора 14, конектора за SD карта 15, WiFi модула 16, Bluetooth модула 17 и GPS модула 18. В зависимост от приложението на устройството реализираният потребителски интерфейс позволява различни конфигурации.The user interface implemented in the graphics layer of the microprocessor 5 gives access to settings of the video processing modules of the CMOS sensor 1, the graphics processor 3, the sensor from the thermal head 2 and the display 7, as well as the compass 8, the accelerometer 9 and the remote control module 11. Through the user interface of the microprocessor 5, settings are also made on the USB connector 14, the SD card connector 15, the WiFi module 16, the Bluetooth module 17 and the GPS module 18. Depending on the application of the device, the realized user interface allows different configurations.

Посредством Wi-Fi модулът 16 може да се предава безжично видео сигнала в реално време към различни устройства, поддържащи тази функционалност. В микропроцесора 5 е имплементиран софтуер за видео запис, както във вградена памет на устройството, така и във външна памет, достъпна чрез конектора за SD карта 15. Записът визуализира както информацията, събрана от CMOS сензора 1 и от сензора от термалната глава 2, така и овърлея добавен в графичния слой на микропроцесора 5 на устройството. Записите са достъпни за потребителя през USB конектора 14 за връзка с компютър, или за директно разглеждане на дисплея 7 на устройството.By means of the Wi-Fi module 16, the video signal can be transmitted wirelessly in real time to various devices supporting this functionality. Video recording software is implemented in the microprocessor 5, both in the device's built-in memory and in external memory accessible via the SD card connector 15. The recording visualizes both the information collected by the CMOS sensor 1 and the thermal head sensor 2, and and the overlay added in the graphics layer of the microprocessor 5 of the device. The records are available to the user through the USB connector 14 for connection to a computer, or for direct viewing on the display 7 of the device.

Чрез Bluetooth модула 17 се реализира връзка с телефон, със специално приложение, което позволява двупосочна комуникация между телефон и устройството. Устройството изпраща в реално време стойностите от всички свой сензори. От своя страна телефонът изпраща към устройството GPS координати, както и команди, позволяващи отдалечено боравене с потребителския интерфейс чрез модула за дистанционно управление 11, която показва и ориентацията на устройството върху географска карта.Through the Bluetooth module 17, a connection with a phone is implemented, with a special application that allows two-way communication between the phone and the device. The device sends the values from all its sensors in real time. In turn, the phone sends to the device GPS coordinates, as well as commands allowing remote handling of the user interface through the remote control module 11, which also shows the orientation of the device on a geographical map.

За добиване на точна представа за позицията на наблюдавания обект при определени приложения, към устройството, чрез Bluetooth модула 17, може да се свърже портативна метеостанция. На база на параметри като влажност на въздуха, температура, надморска височина, скорост и посока на вятър са имплементирани функции за балистични изчисления, като могат да се използват и данните от прикачен към устройството далекомер. Чрез създадения интерфейс и използване на компас и автоматично измерване на разстояние, се извършва точно определяне на позицията на разпознавания материал.To obtain an accurate idea of the position of the monitored object in certain applications, a portable weather station can be connected to the device via the Bluetooth module 17. Based on parameters such as air humidity, temperature, altitude, wind speed and direction, functions for ballistic calculations are implemented, and data from a rangefinder attached to the device can also be used. Through the created interface and the use of a compass and automatic distance measurement, an accurate determination of the position of the recognized material is carried out.

Създаденото устройство позволява наблюдението на абсорбционни спектри на съединения, които са уникално отражение на тяхната молекулна структура, позволяващо идентификацията им. Фотонните енергии, свързани с тази част от инфрачервения поток (от 1 до 15 kcal / mol), не са достатъчно големи, за да възбудят електрони, но могат да предизвикат вибрационно възбуждане на ковалентно свързани атоми и групи. Молекулите изпитват голямо разнообразие от вибрационни движения, характерни за техните атоми. Следователно, почти всички органични съединения ще абсорбират инфрачервеното лъчение, което съответства на енергията на тези вибрации.The created device allows the observation of absorption spectra of compounds, which are a unique reflection of their molecular structure, allowing their identification. The photon energies associated with this part of the infrared flux (from 1 to 15 kcal/mol) are not large enough to excite electrons, but can cause vibrational excitation of covalently bonded atoms and groups. Molecules experience a wide variety of vibrational motions characteristic of their atoms. Therefore, almost all organic compounds will absorb the infrared radiation that corresponds to the energy of these vibrations.

Устройството използва информацията от дневната и термалната картина на даден обект, получени по изцяло независими пътища, за да възпроизведе и интерпретира различни характеристики на този обект, видими във вълновата лента между 0.25 pm до 12 pm. Чрез подходящи смесвания и цифрова обработка се извършва най-добро разпознаване на обекти, независимо от обкръжаващата среда - от интензивна светлина до пълна тъмнина. Базирано на инфрачервена хроматография устройството разпознава химични съдържания на наблюдавания обект, идентифицира материалите от които е направен, както и наличието на органична материя.The device uses information from the daytime and thermal image of a given object, obtained in completely independent paths, to reproduce and interpret various characteristics of that object visible in the waveband between 0.25 pm to 12 pm. Through appropriate blending and digital processing, the best object recognition is performed regardless of the environment - from intense light to complete darkness. Based on infrared chromatography, the device recognizes chemical contents of the observed object, identifies the materials from which it is made, as well as the presence of organic matter.

Разнообразието от интерфейси, реализирани в устройството позволява лесна реконфигурация, добавяне на допълнителни сензори, улавящи различни ленти на електромагнитния спектър, външни периферни устройства в зависимост от специфичните изисквания за наблюдение и детекция на определени обекти. Проектирането и куплирането със специално проектирана оптическа част позволява разработката на интерферометри с приложение в материалознанието и индустриалния качествен контрол, в обследването на сгради, в противопожарната безопасност, в селското стопанство и други.The variety of interfaces implemented in the device allows easy reconfiguration, addition of additional sensors capturing different bands of the electromagnetic spectrum, external peripheral devices depending on the specific requirements for monitoring and detection of certain objects. The design and coupling with a specially designed optical part allows the development of interferometers with applications in materials science and industrial quality control, in building inspection, in fire safety, in agriculture and others.

Използваният първи широкоспектърен CMOS сензор 1 покрива 3 светлинни диапазона: ултравиолетов 0.15 до 0.45 pm, светлинен 0.45 до 0.95 pm и инфрачервен 0.95 до 1.5 рт. Използваният втори CMOS термален сензор покрива средния инфраред диапазон от 1.5 до 5 pm. Използван е и трети CMOS термален сензор покриващ далечния инфраред диапазон от 5 до 12 pm.The first wide-spectrum CMOS sensor used 1 covers 3 light ranges: ultraviolet 0.15 to 0.45 pm, light 0.45 to 0.95 pm and infrared 0.95 to 1.5 rt. The second CMOS thermal sensor used covers the mid-infrared range from 1.5 to 5 pm. A third CMOS thermal sensor covering the far infrared range from 5 to 12 pm was also used.

Всеки от тези сензори е свързан към конфигурация от лещи които осигуряват еднаква ъглова резолюция за всеки пиксел. За да се осигурят еднакви двуизмерни изображения на сцената трябва да се осигури еднакъв ъгъл на сканиране (FOV), затова оптическите параметри трябва да се изберат подходящо като например при 13 мегапикселов CMOS сензор с резолюция 4208x3120, размер на пиксел 1.1 микрона и обектив с леща с фокусно разстояние 22 mm зоната на виждане е 12 х 9 градуса и резолюция 0.17 минути.Each of these sensors is connected to a configuration of lenses that provide the same angular resolution for each pixel. In order to provide uniform two-dimensional images of the scene, a uniform field of view (FOV) must be provided, so the optical parameters must be chosen appropriately, such as a 13 megapixel CMOS sensor with a resolution of 4208x3120, a pixel size of 1.1 microns, and an objective lens with focal length 22 mm field of view is 12 x 9 degrees and resolution 0.17 minutes.

За да се осигури същата зона на анализ и при термалния CMOS сензор с резолюция 320x256, размер на пиксел 12 микрона трябва да се използва обектив с леща с фокусно разстояние 18 mm, при което резолюцията ще е 2.3 минути.To provide the same area of analysis with the thermal CMOS sensor with a resolution of 320x256, a pixel size of 12 microns, an objective lens with a focal length of 18 mm should be used, where the resolution will be 2.3 minutes.

За да се промени чувствителността на CMOS сензора 1 от светлинната в близката инфрачервена област пикселите се обединяват в по-големи масиви бининг. Например, за да се постигне идентична резолюция на първия сензор като на термалния, пикселите на първия сензор се обединяват в масив 16x16 пиксела. Благодарение на бининга първият сензор е възможно да работи с чувствителност пропорционална на размера на пиксела от 1.1, 2.2, 4.4, 8.8 и 17.6 микрона и съответна резолюция 0.17, 0.34, 0.69, 1.38 и 2.75 минути при запазване на същата зона и ъгъл на наблюдение. Заснетите двумерни изображения се базират на минимални информационни битове, чиито минимален размер е размера на пиксела, но е възможно да са по-големи и да обединяват множество пиксели което определя резолюцията на разпознаването.To change the sensitivity of the CMOS sensor 1 from the light to the near-infrared region, the pixels are combined into larger binning arrays. For example, to achieve identical resolution of the first sensor as the thermal one, the pixels of the first sensor are combined into a 16x16 pixel array. Thanks to binning, the first sensor is possible to operate with sensitivities proportional to the pixel size of 1.1, 2.2, 4.4, 8.8 and 17.6 microns and a corresponding resolution of 0.17, 0.34, 0.69, 1.38 and 2.75 minutes while keeping the same area and viewing angle. Captured two-dimensional images are based on minimal information bits, the minimum size of which is the size of a pixel, but it is possible to be larger and combine multiple pixels, which determines the resolution of recognition.

Допълнително, за осигуряване на качествена спектрална картина е необходимо да се извърши калибриране на всички сензори в спектралните обхвати, в които работят. За да се извърши това калибриране се използват нормирани източници на светлина в съответните спектрални ленти, ултравиолетова, светлинна зелена, червена, синя, ултравиолетова с близка, средна и далечна дължина на вълната. За калибриране се използва еднородна сцена, облъчена със съответната спектрална лента.In addition, to ensure a quality spectral picture, it is necessary to perform calibration of all sensors in the spectral ranges in which they work. To perform this calibration, standardized light sources in the respective spectral bands, UV, light green, red, blue, near, mid and far UV are used. A uniform scene irradiated with the corresponding spectral band is used for calibration.

При детекцията на изображението е възможно да се използва подобен източник на светлина, ако трябва да се получи по-голямо усилване на ефекта на детекция. При такова облъчване светлинният източник във всеки спектър се поглъща и отразява с различен интензитет, което променя данните за всеки пиксел по спектралната ос, които при съответния анализ изобразяват характеристиките на материалите в сцената, която се анализира.In image detection, it is possible to use a similar light source if a greater gain of the detection effect is to be obtained. With such irradiation, the light source in each spectrum is absorbed and reflected with different intensity, which changes the data for each pixel along the spectral axis, which in the corresponding analysis depicts the characteristics of the materials in the scene being analyzed.

Настоящото изобретение може да се използва за откриване на всякакъв вид целево вещество, което има спектрални характеристики, които могат да бъдат разглеждани в поне части от зрителните полета на спектралния масива на изображението. Отделни пиксели или групи пиксели от заснета информация за изображението могат да бъдат анализирани, за да се прецени дали пикселите показват спектрални характеристики на целевото вещество. В изпълнения, които използват елементи за улавяне на изображение е висока разделителна способност, това позволява да се открият дори минути на следи от целево вещество, ако дори само един пиксел в изображението съответства на целевото вещество. Нещо повече, чрез разпознаване кой пиксел/и от заснетата информация за изображението съответства на целевото вещество, може да се локализира и идентифицира точното местоположение на целевото вещество в изображението.The present invention can be used to detect any type of target substance that has spectral characteristics that can be viewed in at least portions of the fields of view of the spectral image array. Individual pixels or groups of pixels of captured image information can be analyzed to assess whether the pixels exhibit spectral characteristics of the target substance. In embodiments that use image capture elements of high resolution, this allows even minute traces of a target substance to be detected if even just one pixel in the image corresponds to the target substance. Moreover, by recognizing which pixel/s of the captured image information corresponds to the target substance, the exact location of the target substance in the image can be located and identified.

Самото разпознаване на веществата става като при широкоспектърното сканиране се образува матрица от стойности за всеки пиксел, сканирани при различни режими на използваните сензори. Тези режими са основно в зависимост от спектралната лента в която е заснета сцената. Когато тези стойности се анализират в режим на честотна, количествена и качествена оценка се получава независимостта, характерна за химическата оценка на материала.The recognition of the substances itself takes place as a matrix of values is formed for each pixel, scanned in different modes of the sensors used, during the wide-spectrum scanning. These modes are mainly dependent on the spectral band in which the scene was captured. When these values are analyzed in the mode of frequency, quantitative and qualitative evaluation, the independence characteristic of the chemical evaluation of the material is obtained.

За определяне чувствителността на първия CMOS сензор 1 се използва способността му да приема 3 независими изображения с дължини на вълната 450 nm, 550 nm и 650 nm. Подобна селективност може да се извади и за 350 nm, 750 nm, 850 nm и 950 nm при повечето от тези сензори. Пример за характеристика на сензор за подобно разпознаване е показан на фиг. 6, където изображенията заснети на всяка честота се анализират чрез корелация.To determine the sensitivity of the first CMOS sensor 1, its ability to receive 3 independent images with wavelengths of 450 nm, 550 nm and 650 nm is used. Similar selectivity can be deduced for 350 nm, 750 nm, 850 nm and 950 nm in most of these sensors. An example of sensor characterization for such recognition is shown in fig. 6, where images captured at each frequency are analyzed by correlation.

За да може всяка спектрална лента да бъде идентифицирана и изолирана с най висока прецизност в термалния диапазон от всеки един сигнал пристигащ от широкоспектърен сензор се налага специален режим на калибриране. Тази калибриране се извършва на база на следните 2 условия: използва се излъчвател в съответната лента и картината приета от сензора се анализира по хистограма за чувствителност със и без референтната светлина от излъчвателя. По този начин се определя чувствителността на съответния детектор от съответната дължина на вълната. Пример показан на фиг. 4, където са използвани 4 метода на облъчване с лъчи съответно 5, 7, 9 и 12 микрометра.In order for each spectral band to be identified and isolated with the highest precision in the thermal range from each signal arriving from a wide-spectrum sensor, a special calibration mode is required. This calibration is performed based on the following 2 conditions: an emitter is used in the corresponding band and the image received by the sensor is analyzed by a sensitivity histogram with and without the reference light from the emitter. In this way, the sensitivity of the respective detector of the respective wavelength is determined. An example shown in fig. 4, where 4 irradiation methods were used with beams of 5, 7, 9 and 12 micrometers respectively.

Излъчвателя може да не бъде постоянно излъчващ и да извършва синхронизирани с кадъра проблясъци. Най ефективния начин за анализ е ако проблясъка е през кадър на прогресивно кадрово изображение така че да се идентифицират 2 картини между които да се намери разликата. Такъв метод на детекция е показан на фиг. 5 където картина със и без облъчване е корелирана една с друга чрез разликов филтър и XOR филтър. По този начин зоните на интерес се определят и визуализират моментално.The emitter may not be constantly emitting and perform frame-synchronized flashes. The most efficient way to analyze is if the flash is through a frame of a progressive frame image so that 2 pictures are identified to find the difference between. Such a detection method is shown in fig. 5 where an image with and without irradiation is correlated with each other by a difference filter and an XOR filter. In this way, areas of interest are defined and visualized instantly.

Пълнотата на метода за определяне на целеви вещества се постига когато се вземат конкретните стойности от сканираните дължини на вълната, нормализират се към единица или друга избрана стойност и се представят в числова редица за всеки пиксел или зона на изображението, примерно разделяне на двумерната картина на зони е показано на Фиг. 2. Нормираните стойности на всяка зона или нормиран пиксел както беше обяснено по горе при изчисление на ъгловата зона на наблюдение се наслагват в редица както е показано на фиг. 7 или се представят като комплексно число и се изобразяват като 3 измерен масив както е показано на фиг. 3.The completeness of the method for determining target substances is achieved when the specific values of the scanned wavelengths are taken, normalized to unity or another selected value and presented in a numerical series for each pixel or area of the image, for example dividing the two-dimensional image into areas is shown in Fig. 2. The normalized values of each zone or normalized pixel as explained above in calculating the angular viewing area are superimposed in a row as shown in fig. 7 or represented as a complex number and displayed as a 3 dimensional array as shown in fig. 3.

На фиг. 3 е показано триизмерно изображение на спектралния модел където всяка зона или в случая пиксел е изобразена вертикално със съответната си стойност нормирана към 255 или в 8 битова резолюция. Тази резолюция може да бъде 16, 32, 48 и т.н. в зависимост от сложността на целевото разпознаване.In fig. 3 shows a three-dimensional image of the spectral model where each zone or in this case pixel is depicted vertically with its corresponding value normalized to 255 or in 8 bit resolution. This resolution can be 16, 32, 48, etc. depending on the complexity of target recognition.

Предимство на създаденото устройство е, че осигурява разпознаване на вещества със стандартни сензорни матрици и без необходимост да се използват външни филтри, специални честотно зависими сензори изискващи специална пикселова геометрия което оскъпява много устройства за разпознаване. За целта честотно зависимото изображение се създава чрез аналитично преобразуване и корелиране между масива от спектрални изображения и по специално чрез анализиране на зависимостта между промяната на пиксел или зона.An advantage of the created device is that it provides recognition of substances with standard sensor matrices and without the need to use external filters, special frequency-dependent sensors requiring a special pixel geometry, which makes many recognition devices more expensive. For this purpose, the frequency-dependent image is created by analytical transformation and correlation between the array of spectral images and in particular by analyzing the dependence between the change of a pixel or an area.

Детекцията на материал с помощта на NIR и LWIR спектрография е подпомогната с емисия, състояща се от дължина на вълната, способна да абсорбира от целевото съединение. Материалите се откриват чрез пълния електромагнитен спектър от 100 nm до около 14 000 nm, използвайки набор от две камери, NIR и LWIR, докато SWIR обхвата е екстраполиран.Material detection using NIR and LWIR spectroscopy is aided by an emission consisting of a wavelength capable of absorption by the target compound. Materials are detected across the full electromagnetic spectrum from 100 nm to about 14,000 nm using a dual camera array, NIR and LWIR, while the SWIR range is extrapolated.

Създаденото устройство за обработка и интерпретиране на изображения в електромагнитния спектър се използва по следния метод.The created device for processing and interpreting images in the electromagnetic spectrum is used according to the following method.

Сензорите се калибрират от електронния интерфейс, описан по горе за всеки обхват, използвайки референтна сцена и възможен външен осветител, ако се налага. След това сензорите се програмират за приемане в съответната дължина на вълната чрез директно отчитане, промяна на мода, корелация, бининг или използване на цифров филтър. Записват се съответните изображения и за всеки работен спектрален диапазон и се създава триизмерния масив, в който всяка зона или пиксел имат стойност в зависимост от честотната/спектрална картина. Тези стойности се нормират към динамичния обхват на сензорите.The sensors are calibrated by the electronic interface described above for each range using a reference scene and possible external illuminator if required. The sensors are then programmed to receive at the appropriate wavelength by direct sensing, mode shifting, correlation, binning, or using a digital filter. Corresponding images are also recorded for each working spectral range and the 3D array is created in which each zone or pixel has a value depending on the frequency/spectral picture. These values are normalized to the dynamic range of the sensors.

Стойностите за всеки пиксел се образуват като нормираните стойности от всяка спектрална картина на сцената се подреждат последователно, образувайки сложно число. Това сложно число от всички зони се визуализира в комплексна картина, която показва комплексната характеристика на сцената. Различните химични съединения са корелирани към това сложно число за всеки пиксел или зона.The values for each pixel are formed by stacking the normalized values from each spectral image of the scene sequentially, forming a complex number. This complex number from all zones is visualized in a complex picture that shows the complex characteristic of the scene. Different chemical compounds are correlated to this complex number for each pixel or zone.

Разпознатите елементи се идентифицират с овърлей и оцветяват на зони като се изобразяват на текущата спектрална картина независимо дали тя е видео или термална. По този начин търсеният химичен елемент се налага на основата на картината която се изобразява в съответния момент.Recognized elements are identified with an overlay and colored in zones as they are plotted on the current spectral image whether it is video or thermal. In this way, the required chemical element is imposed on the basis of the picture that is displayed at the relevant moment.

Claims (8)

1. Устройство за обработка и интерпретация на изображения в електромагнитния спектър, характеризиращо се с това, че включва CMOS сензор (1), свързан с графичен процесор (3), и термална глава (2) с втори CMOS сензор в термалния диапазон, свързана с интерфейсен преобразувател (4), като графичният процесор (3) и интерфейсният преобразувател (4) са свързани с микропроцесор (5), който от своя страна е свързан с втори интерфейсен преобразувател (6), свързан с видеодисплей (7), при което микропроцесорът (5) е свързан и с периферен микропроцесор (10), който от своя страна е свързан с компас (8), с акселерометър (9), с модул за дистанционно управление (11), с управляващ блок (12) и с интерфейсен конектор за връзка с външни устройства (13), като микропроцесорът (5) от друга страна е свързан и с USB конектор (14), с конектор за SD карта (15), с WiFi модул (16), с Bluetooth модул (17) и с GPS модул (18).1. A device for processing and interpreting images in the electromagnetic spectrum, characterized in that it includes a CMOS sensor (1) connected to a graphics processor (3) and a thermal head (2) with a second CMOS sensor in the thermal range connected to an interface converter (4), wherein the graphics processor (3) and the interface converter (4) are connected to a microprocessor (5), which in turn is connected to a second interface converter (6) connected to a video display (7), wherein the microprocessor (5) is also connected to a peripheral microprocessor (10), which in turn is connected to a compass (8), to an accelerometer (9), to a remote control module (11), to a control unit (12) and to an interface connector for connection to external devices (13), the microprocessor (5) on the other hand is also connected to a USB connector (14), to an SD card connector (15), to a WiFi module (16), to a Bluetooth module (17) and with GPS module (18). 2. Устройство, съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че чрез интерфейсния конектор за връзка с външни устройства (13) към микропроцесора (5) е свързан трети CMOS сензор в спектралния диапазон на късия и среден инфраред SWIR.2. A device according to claim 1, characterized in that a third CMOS sensor in the short and mid-infrared SWIR spectral range is connected to the microprocessor (5) via the interface connector for connection with external devices (13). 3. Устройство, съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че към интерфейсния конектор за връзка с външни устройства (13) е свързан външен осветител за калибриране на CMOS сензора (1), според заснеманата сцена.3. A device according to claim 1, characterized in that an external illuminator for calibrating the CMOS sensor (1) according to the captured scene is connected to the interface connector for connection with external devices (13). 4. Устройство, съгласно претенция 3, характеризиращо се с това, че външният осветител е с променящ се спектрален диапазон в граници от 0.2 nm до 12 nm, по време на запис на спектралните картини.4. Device according to claim 3, characterized in that the external illuminator has a changing spectral range in the range of 0.2 nm to 12 nm, during the recording of the spectral pictures. 5. Метод за обработка и интерпретация на изображения в електромагнитния спектър, за приложение на устройството от претенция 1, характеризиращ се с това, че включва следните операции:5. A method for processing and interpreting images in the electromagnetic spectrum, for application to the device of claim 1, characterized in that it includes the following operations: калибриране на CMOS сензора (1) и CMOS сензора в термалната глава (2) за всеки спектрален диапазон;calibration of the CMOS sensor (1) and the CMOS sensor in the thermal head (2) for each spectral range; сканиране на пълния спектър на всички сензори и запис на всички спектрални картини;scanning the full spectrum of all sensors and recording all spectral pictures; анализиране на спектралните характеристики и нормирането им за всеки пиксел или зона;analyzing the spectral characteristics and their normalization for each pixel or area; съставяне на комплексна спектрална картина за всяка сцена;compilation of a complex spectral picture for each scene; изобразяване на комплексната спектрална картина и корелиране на зоните от интерес към целеви вещества.imaging the complex spectral picture and correlating the areas of interest to target substances. 6. Метод, съгласно претенция 5, характеризиращ се с това, че се създава референтна картина на сцена за всеки излъчвател.6. A method according to claim 5, characterized in that a scene reference picture is created for each emitter. 7. Метод съгласно претенция 5 и 6, характеризиращ се с това, че се извършва анализиране на референтната картина.7. Method according to claim 5 and 6, characterized in that the reference picture is analyzed. 8. Метод съгласно претенция 5, 6 и 7, характеризиращ се с това, че се извършва разпознаване на целевия елемент от референтната картина.8. Method according to claim 5, 6 and 7, characterized in that recognition of the target element from the reference picture is performed.
BG113145A 2020-05-27 2020-05-27 Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum BG113145A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113145A BG113145A (en) 2020-05-27 2020-05-27 Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum
PCT/BG2020/000022 WO2021237311A1 (en) 2020-05-27 2020-05-28 Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113145A BG113145A (en) 2020-05-27 2020-05-27 Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG113145A true BG113145A (en) 2021-12-15

Family

ID=71614608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG113145A BG113145A (en) 2020-05-27 2020-05-27 Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum

Country Status (2)

Country Link
BG (1) BG113145A (en)
WO (1) WO2021237311A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024112343A1 (en) * 2022-11-25 2024-05-30 George Stantchev Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015077493A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-28 Digimarc Corporation Sensor-synchronized spectrally-structured-light imaging
US9464984B2 (en) * 2014-06-20 2016-10-11 Fluke Corporation Laser illuminated gas imaging device for determining inoperable gas detection pixels
GB2577646B (en) * 2017-06-03 2022-09-14 Teledyne FLIR LLC Extensible architecture for surveillance and targeting imaging systems and methods
US10371627B2 (en) * 2017-11-16 2019-08-06 MultiSensor Scientific, Inc. Systems and methods for multispectral imaging and gas detection using a scanning illuminator and optical sensor
KR102048369B1 (en) * 2017-12-22 2019-11-25 에이스웨이브텍(주) Fusion dual IR camera using for LWIR and SWIR with image fusion algorithm

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021237311A1 (en) 2021-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170371079A1 (en) Single-sensor hyperspectral imaging device
US11022546B2 (en) Optical gas imaging systems and methods
US8427632B1 (en) Image sensor with laser for range measurements
Bodkin et al. Snapshot hyperspectral imaging: the hyperpixel array camera
US8810658B2 (en) Estimating a visible vector representation for pixels in an infrared image
Kreuter et al. All-sky imaging: a simple, versatile system for atmospheric research
US20120154792A1 (en) Portable system for detecting hazardous agents using SWIR and method for use thereof
US20110242533A1 (en) System and Method for Detecting Hazardous Agents Including Explosives
US10621438B2 (en) Hybrid hyperspectral augmented reality device
Nocerino et al. Geometric calibration and radiometric correction of the maia multispectral camera
CN107076611A (en) Spectrum imaging method and system
Bodkin et al. Video-rate chemical identification and visualization with snapshot hyperspectral imaging
US20120145906A1 (en) Portable system for detecting explosives and a method of use thereof
Crusiol et al. Reflectance calibration of UAV-based visible and near-infrared digital images acquired under variant altitude and illumination conditions
US20180020129A1 (en) Method to remove the spectral components of illumination and background from multi-spectral and hyper-spectral images
BG113145A (en) Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum
CN107576395A (en) Multispectral lens, multispectral measuring device and calibration method thereof
WO2024112343A1 (en) Method and device for processing and interpretation of images in the electromagnetic spectrum
KR101626370B1 (en) Apparatus and method for detecting hyperspectral image using tristimulus value function
GB2462137A (en) Polarisation sensitive long wavelength infra red(LWIR) detector
CN108007569A (en) A kind of multispectral image Calibration Method
US10607104B1 (en) System and method for detecting daytime solar glint using multi-band mid-wave infrared imagery
US20160080668A1 (en) Systems and methods for detecting light sources
CN114630060A (en) Uncertainty measurement system and method related to infrared imaging
Pręgowski Infrared detector arrays in the detection, automation and robotics-trends and development perspectives